基于MODIS/AQUA 数据的地表短波净辐射反演

【目的】地表短波净辐射是许多全球、区域气候、水文、陆面过程模型中的重要参数,但运用遥感技术对地表短波净辐射精确实施监测一直是难点,希望构建具有一定泛化能力的高精度地表短波净辐射反演模型。【方法】利用大气传输模型MODTRAN模拟了大量复杂情况下的地表短波净辐射和通道辐射亮度。拟合地表短波净辐射与大气顶层观测值的非线性关系,分为两个步骤:(1)窄通道表观反射率向宽通道反照率转换;(2)利用大气顶层向上辐射通量与地表短波净辐射的非线性关系反演地表短波净辐射。构建完地表短波净辐射反演模型后,利用地表辐射观测网(SURFRAD)7个地面实测站点长时间序列数据,结合MODIS/AQUA遥感数据,对地表短波净辐射反演模型进行验证。【结果】反演模型构建过程中的步骤一结果表明,其偏差Bias为0,均方根误差RMSE为0.011,决定系数R2为0.997;步骤二的偏差Bias为0 W/m~2,均方根误差RMSE为7.29 W/m~2,决定系数R2为0.999。利用地面站点数据验证反演模型的结果表明,总体偏差Bias为-4.8 W/m~2,均方根误差RMSE为77.1 W/m~2,决定系数R2为0.9106,并且超70%样本的反演误差低于50 W/m~2。【结论】以MODIS/AQUA为驱动数据源,地表短波净辐射反演模型的构建精度和验证精度良好,具有一定的泛化能力和普适性。     

海州湾紫菜养殖空间格局变化及其驱动力分析

【目的】海州湾紫菜养殖作为连云港重要的农业产业，其养殖规模的动态监测和产 业发展内在驱动力分析对紫菜产业的发展规划以及整片海域的生态环境评估意义重大。 【方法】文章以2004—2019 年海州湾冬春两季Landsat 系列遥感影像为基础数据源，通过 Google Earth Engine 的随机森林算法提取紫菜养殖区的时空动态变化状况和近岸人工开发信 息，结合紫菜产业近期的统计资料和促进保障政策，进行了紫菜产业发展的空间格局变化以 及驱动因子分析。【结果】结果表明：（1）在空间上，海州湾紫菜养殖区总体呈近岸向外海 拓展变化趋势，由沿海岸线带状分布变成片状分布在整个海州湾；（2）时间上，2004 年紫 菜养殖面积最少为1 551 hm2，约占江苏省紫菜养殖面积1/13，2015—2019 年养殖规模迅速 增长至22 700 hm2，约占江苏省紫菜养殖面积的1/2；（3）针对15 年的紫菜养殖面积、价格、 政策、海岸工程建设（龙桥）等数据实施量化并进行整体相关性分析。【结论】文章证实了 价格与紫菜养殖面积之间存在极显著相关（相关系数R=0.79，P<0.01），龙桥等基础设施建 设与养殖面积也存在极强相关性（R=0.84，P<0.01），政策与养殖面积显著性不强（R=0.34， P>0.05），揭示了海州湾紫菜养殖产业空间分布格局由沿海向外海扩展的分布规律主要受紫 菜受市场价格机制和海岸工程建设（龙桥）的影响。     

柑橘节水微灌系统的研究及应用

【目的】研究并采用柑橘节水灌溉系统,可提高柑橘抵御干旱的能力,增加产量。【方法】文章对柑橘的灌溉制度和系统设计流量进行了探讨,对现行国家标准《微灌工程技术规范》中的设计供水强度取值进行了说明,提出了考虑有效降水的观点;针对山区自压灌溉存在的管道减压和气堵问题,提供了排气管和蓄水减压池两种简单的解决方法;在施肥器的应用方面,对文丘里施肥器和压差式施肥器进行了比较。【结果】在供水强度计算中考虑有效降水的方法比较契合实际情况,节约系统投资;排气管和蓄水减压池可有效解决管道因气堵不出水的问题,并起到降低管道压力的作用,可替代减压阀和排气阀;压差式施肥器比文丘里施肥器更适用于山区自压管道施肥。【结论】通过对灌溉系统的研究和示范区的建设实践,对于完善微灌技术用于柑橘灌溉起到了促进作用。     

基于改进 AHP 的烟草农业机械化水平评价

【目的】建立科学的烟草农业机械化水平评价方法,有利于进行烟草行业农机化宏观调控和微观指导,提升烟草生产机械化水平。【方法】针对烟草农业机械化水平缺乏科学评价方法的实际问题,文章通过对国内主要烟草产区机械化生产的实际调研,提取可以表征烟草农业机械化水平的各项指标。改进的层次分析法具有判断矩阵的最大特征值最小和一致性指标最小的特点,因此通过该方法确定的指标权重精度较高。该文通过改进的层次分析法确立了表征烟草机械化生产水平的各项指标的权重,并结合产区特点确定了标准值,构建了烟草农业机械化水平评价体系。【结果】通过对云南曲靖等10个烟草产区调研资料进行评价,各区烟草农业机械化水平最大值为85.79%,最小值为36.09%,其中山东诸城产区机械化水平最高。【结论】通过真实调研数据验证,该文所建立的烟草农业机械化水平评价方法有效地反映了各产区的基本情况,证明了评价体系的科学性。     

农业水资源监测文献计量分析

【目的】作为重要的自然环境与社会发展要素,农业水资源是人类进行农业生产活动的重要基础,对于保障粮食安全具有重要作用。文章对农业水资源监测领域研究态势进行定量分析,为未来研究提供参考依据。【方法】基于文献计量学方法,利用Web of Science核心数据库检索,应用VOSviewer、CiteSpace和Derwent Data Analyzer等软件构建文献数据的关系和可视化,分析1999—2018年农业水资源监测领域发文量趋势、主要研究力量和研究热点。【结果】(1)全球发文量呈上升趋势,2008年后发展速度明显提升,中国的发文量趋势与全球发展基本保持一致,整体处于上升趋势。(2)欧盟、美国、中国、澳大利亚和加拿大为全球在农业水资源监测技术领域的主要研究国家/地区,中国的发文量持续攀升但篇均被引较低。在前5名科研机构中,中国科学院发文量最高,美国地质调查局的篇均被引位居第1。(3)在研究热点方面,水质(water quality)是农业水资源持续监测的热点,近10年,气候变化(climate-change)成为关注的热点。【结论】目前,美国和欧盟在该领域具有较高发展水平,中国虽然在发文量上具有较快发展,但研究的竞争力有待提高。未来的农业水资源监测需从系统性和整体性等多角度开展研究,综合集成多源数据、多技术研发、大数据平台,实现农业水资源的可持续发展。     

农业绿色发展先行区乡村功能空间特征及发展对策研究

【目的】结合我国农业绿色发展先行区发展目标,加快推进农业农村建设,明确乡村 的功能与定位,是实现乡村振兴的重要途径。【方法】文章以十堰市郧阳区为研究对象构建 乡村功能综合评价指标体系与评价模型,运用 GIS 和 NRCA 模型,分析乡村地域多功能的 空间格局特征,识别各乡镇主导功能类型,并进行功能分区。【结果】（1）郧阳区农业绿色 发展先行区建设成绩显著,其乡村功能具有显著的空间分异特征,人居保障功能以城关镇和 茶店镇为强核心向外辐射并逐渐减弱;生产发展功能高值区主要集中在城关镇、茶店镇和杨 溪铺镇,总体呈现中部强西部弱的空间特征;生态保育功能呈现出以茶店镇为弱核心向外 增强的空间分布特征;文旅休闲功能呈中北部高,东西两翼低的空间分布格局特征。（2）基 于标准显示性比较优势指数和分类维度乡村功能指数,将研究区划分为人居保障—生产发 展区、人居保障—生态保育区、生产发展—文旅休闲区、生产发展—生态保育区、生态保 育—文旅休闲区及综合发展区等 6 种功能类型区,并对每种区域的可持续发展提出了建议。 【结论】针对不同功能分区提出相应的发展策略,可为乡村空间结构优化调整、乡村振兴提 供参考,加快实现地区的农业绿色发展区的目标。     

基于条件植被温度指数的夏玉米生长季干旱预测研究

为验证条件植被温度指数(VTCI)在夏玉米生长季干旱预测中的适用性,以河北中部平原为研究区,应用求和自回归移动平均(ARIMA)模型及季节性求和自回归移动平均(SARIMA)模型,对该地区VTCI时间序列数据进行分析建模预测。首先基于49个气象站点所在像素的VTCI时间序列数据,选取不同长度时间序列建立ARIMA模型,并分析时间序列长度与预测精度间关系,以期为时间序列长度选择提供依据;然后选择理想长度的VTCI时间序列数据,分别建立ARIMA模型和SARIMA模型,用于研究区域2017年夏玉米生长季VTCI预测,并分析评价两模型预测精度;最后采用性能较好的ARIMA模型逐像素建模预测,得到2016-2018年9月上旬至下旬VTCI预测结果。结果表明:基于ARIMA模型的VTCI预测精度与时间序列长度未呈现明显的相关关系,但随时间序列长度增加,模型预测精度逐渐趋于稳定;ARIMA模型对干旱的预测精度高于基于SARIMA模型,其1步、2步、3步VTCI预测结果均方根误差较SARIMA模型分别降低0. 06、0. 07、0. 09;ARIMA模型在不同年份夏玉米生长季VTCI1~3步的预测精度稳定性较好,2016-2018年1步、2步和3步VTCI预测结果绝对误差绝对值大于0. 20的像素平均百分比分别为5. 84%、6. 38%、8. 72%。     

基于RNMU的多源星载SAR影像融合与土地覆盖分类

为充分利用多时相、多极化SAR数据在不同土地覆盖类型中的后向散射特性,将递归非负矩阵下近似(Recursive nonnegative matrix underapproximation,RNMU)算法引入多源SAR数据的融合,并利用融合后的SAR影像实现较高精度的土地覆盖分类。融合过程中,在根据不同模式SAR影像特点进行多源SAR影像预处理的基础上,基于RNMU算法通过对多个输入SAR影像进行矩阵分解及迭代最优矩阵求解,得到融合影像。为验证融合后SAR影像在土地覆盖分类中的应用效果,以吉林省大安市为研究区,对多时相Sentinel-1的VV/VH双极化SAR数据和高分三号(GF-3)的HH/HV双极化SAR数据进行了基于RNMU的影像融合,并利用融合后的SAR影像进行研究区主要土地覆盖类型分类。实验结果表明,基于RNMU融合影像的土地覆盖分类总体精度达93. 11%,Kappa系数为0. 86,与Gram-Schmid(G-S)融合方法相比,分类总体精度提高了6. 83个百分点,Kappa系数提高0. 12。多源SAR融合为SAR影像融合提供了有效手段,为土地覆盖分类提供了更多高精度的数据资源。     

基于随机森林回归的玉米单产估测

为了提高玉米单产估测精度,以河北省中部平原为研究区域,以条件植被温度指数(VTCI)和上包络线S-G滤波的叶面积指数(LAI)为特征变量,通过随机森林回归确定玉米主要生育时期VTCI和LAI的权重,构建加权VTCI和LAI与玉米单产的单变量和双变量估产模型。结果表明,基于随机森林回归的双变量估产模型精度最高(R~2=0. 303),达极显著水平(P 0. 001)。将随机森林回归双变量估产模型用于研究区域2012年各县(区)玉米单产估测,结果表明,53个县(区)玉米估测单产与实际单产的平均相对误差为9. 85%,均方根误差为824. 77 kg/hm~2,模型精度较高。基于随机森林回归双变量估产模型逐像素估测研究区域2010—2018年玉米单产,结果表明,玉米单产在空间上的分布特征为西部地区最高、北部和南部次之、东部地区最低,年际间的分布特征为在波动中呈先减少后增加的趋势。     

基于条件植被温度指数的冬小麦产量预测

条件植被温度指数(VTCI)综合了地表主要参数——植被指数(NDVI)和地表温度(LST),能够较为准确地对干旱进行监测,可为抗旱救灾、遥感作物估产等提供科学依据。在改进层次分析法的加权VTCI与冬小麦产量的相关性研究成果和VTCI的季节性ARIMA模型干旱预测研究成果基础上,对关中平原的冬小麦产量进行向前1旬、2旬和3旬的预测研究。研究结果表明,产量预测结果与产量监测结果吻合较好,预测精度随着预测步长的增大而降低,关中平原4个地级市平均产量预测结果的最大相对误差为3.27%,说明用该方法可以进行向前3旬的产量预测。